abaqus组合梁连接件模拟研究

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1、ABAQUS软件在预应力钢混凝土叠合梁剪力键受力特性分析中的应用1前言简支组合梁具有充分发挥钢材抗拉性能好和浞凝土抗压强度商的优点但对于连续组合梁在支座负弯矩区这一优点没能体现。有效的解决方法是采用预应力组合梁。施加预应力的方式主要有三种一是预弯钢梁的预应力组合梁其次是体外预应力组合梁再者是在组合梁混凝土翼板内布置纵向预应力束［12］。本文研宂后一种情况。剪力键是预应力钢-混凝组合结构屮的关键组件它既要承受促使钢梁与混凝土之间相对滑动的剪力乂要承受促使两者分离的掀起力还要肩负预应力的传递。它沿钢梁与混凝土板的交界面设置它直接决定着预应力叠合梁结构性能和

2、使用性能因此对其进行合理没计和受力特性分析确定其对预应力钢-混凝土叠合梁整体性能的影响就显得尤为重要。木文用数伉分析的方法对影响剪力键在预应力作用下的受力和钢梁与混凝土板之间的相对滑移的因素进行了分析从而明了了预应力钢-混凝土叠合梁剪力键受力特性为设计和研究提供一定的参考。2分析方法和计算模型以一预应力钢-混凝土叠合梁构件为例通过使用ABAQUS软件构建剪力键及整个结构并对其进行结构分析。在计算分析吋结构材料采川弹性通过改变施加的预应力、剪力键的布置（间距和长度）、预应力钢绞线的配筋率來分析上述因素对剪力键在预应力作用T的受力和钢梁与混凝土板之间的相对

3、滑移的影响归纳总结提岀其影响的变化规律。2.1构件结构形式构造横断面如图丨所示纵向长度为3米。钢梁与混凝土板连接采用焊钉剪力键形式混凝土板中布置了纵向和横向钢筋其中横向钢筋为上、下层布貫纵向钢筋只布置上层，下层为预应力钢绞线。图1构造横断面图（单位:cm）2.2作用荷载本文只研究在钢绞线预应力作用下剪力键的受力特性和钢梁与混凝土板之间的相对滑移。衷1材料参数详表项S强度设计值弹性模a泊松(MPa)(10*N/mJ)比钢梁2952060.3混凝土轴压18.4轴拉1.6532.50.2钢筋3002000.3钢绞线13951950.3焊钉2102100.32

4、.3材料及其参数钢梁为Q345D钢材混凝土为C40II级钢筋公称直径为12.7mm的1X7结构1860钢绞线剪力键采用符合国标《圆柱头焊钉》GB10433-2002的圆头焊钉规格为中16。详见表1。2.4分析工况在考虑影响剪力键在预应力作用下的受力特性因素的基础上在混凝土板厚不变的情况下就以下几种工况进行了数值模拟分析。如表2所示。表2工况表T况钢绞线预应力(MPu)焊钉长度(cw)押钉M拓Cc«)钢绞线配筋率(％)11.110239201.041.212091.3139522.113955201.042.272.3933.1•[13959101.04

5、3.2203.33044.113959200.704.20.874.31.042.5有限元模型有限元分析模型中的钢梁、混凝土板和焊钉以空间8节点实体等参单元C3D8R单元模拟钢筋和钢绞线以两节点空间杆单元T3D2模拟。焊钉与钢梁的焊接作用、焊钉和钢筋与混凝土板的埋入作用用嵌入式空间实体组合单元来模拟。钢绞线的预应力通过Initialconditions命令来给钢绞线施加预应力。阁2混凝上组合单元对于钢筋与混凝土而言嵌入式空间实体组合单元模型是将钢筋与混凝土单元分开嵌入方法是钢筋单元混合进混凝土单元屮这种嵌入单元的刚度矩阵和内力矢量包含了钢筋的贡献。与传

6、统方法相比其优点表现在单元划分时不川考虑钢筋走向钢筋可以川任何方式穿过混凝土单元（见图2）且nJ•以充分体现钢筋的空间效应。根掘2种单元的变形协调条件处于同一位移场的杆单元节点位移肉量通过8节点实体单元节点位移向量"^^与位移转换矩阵Rsc同理1根杆单元对混凝土实体单元刚度的贡献为：［=［^c］TM］•［&】n如果混凝土单元中含有n根杆单元其组合刚度为：^,=lA^：式中［Ke］为混凝土组合单元刚度矩阵［＜".］为杆单元刚度矩阵［为混凝土8节点实体等参单元刚度矩阵A*为空间杆单元对混凝土单元刚度的贡献。a整体结构网格划B局部结构网格划图3结构网格划分♦

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11、.川图6T.况3焊钉最大应力图图7T.况4焊

12、钉最大应力f钢梁和混凝土板之间的相互作用采用接触模拟接触类型为主面从面。接触特性由切线方向和法